3D打印高强铝机器人手臂，登上《自然》封面，战胜人类运动员！

3D打印技术参考注意到，最新一期nature杂志，以封面文章刊登了索尼人工智能机器人Ace，在真实环境中与高水平乒乓球运动员对战的研究。

这是一台有8个自由度的机械臂，其连杆经过拓扑优化设计，采用Scalmalloy铝合金和3D打印技术制造，在保证结构强度的同时尽可能减轻了连杆的质量。

这场比赛的结果是，机器人在对阵两名职业选手时，虽整体落败，但也赢下1局；而在对阵有10年以上训练经验的精英选手时，它以3:2的成绩胜出。

报道指出，乒乓球运动所要求的闪电般的反应速度、感知能力和技巧，一直是检验机器人技术发展程度的最严峻的考验之一。

Ace通过相机感知系统、深度强化学习与优化控制相结合，在实时、高动态、对抗性的物理游戏中首次超越人类运动员，因此被誉为是机器人领域的一个重要里程碑。

在这里我们仍然关注本行业所在意的材料、结构和工艺。

文章中明确提到连杆结构进行了拓扑优化，这里指的是链接关节之间的刚性机械臂段，属于承力结构件。为实现整个系统能够高速、精准地做出实时反馈，系统减重就非常重要。

拓扑优化因此是必要的手段，它在给定的实际空间、负载和约束条件下，通过优化材料分布，最终使机械臂在保证结构刚度的前提下，尽可能的减少材料用量。

重量越轻， 机器人高速、高动态运动的惯性就越小，进而能够提高响应速度和运动灵活性。

从结构图可以看出，机械臂几乎全部镂空，拓扑优化程度相当彻底，再减就怕只能用点阵填充实体部分。

在材料上，Scalmalloy铝合金属于轻质高强铝， 室温拉伸强度520MPa、屈服强度480MPa、延伸率13%，是一款专为增材制造而开发的材料，可谓综合性能优秀。

常与之相比较的，就是普通铝合金AlSi10Mg，其抗拉强度仅300MPa，屈服强度仅200MPa，强度较低。虽然对于一般的应用场合能使用，但是对于高承载应力的结构件应用场合，则不能满足要求。

通过结合拓扑优化和Scalmalloy铝合金， 机器人手臂 完美实现了整体结构的高刚性和轻质需求，对于实现灵活反馈提供了保障。

而对于制造技术来说，3D打印无疑是上述两个关键因素的强绑定。该技术本身对于制造复杂、异形结构具有天然的优势，能够实现极小曲率特征制造。通过将“先进设计+高性能材料+3D打印”绑定在一起，将为产品带来性能的大幅提升。

这也让笔者想起上周在北京举办的机器人马拉松比赛，机器人重量直接影响电池续航、动作灵活性，对笨重的大家伙，取胜也比较困难。而实际上，确实有有一些知名“选手”在开发过程中使用了3D打印技术。

此前，Scalmalloy铝合金是航空航天、卫星、高端赛车应用领域的关键高端材料，被用于机器人领域的报道还比较少，也可看出未来的应用潜力将非常巨大。目前，该材料已经可以在国内买到，中体新材已获得这款产品的中国生产和销售授权。

注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

欢迎转发

1.

2.

3.

4.